eLearning an der LFU Innsbruck

Ziel des beantragten Projekts ist es, eine Plattform zu schaffen, mit der sich die Studierenden des Bauingenieurwesens im Hinblick auf diesen wichtigen Aspekt des Grundbaus schulen können, und mit der ihnen Einblick in mögliche Probleme verschafft werden kann. Dazu sollen sie sich in die Lage eines/r geotechnischen Sachverständigen versetzen: ein Bauherr möchte ein Bauwerk auf einem seiner Grundstücke erstellen und bittet die/den Sachverständigen um Hilfe bei der Erstellung des Baugrundmodells.
Dafür stellt er ihm/ihr ein Budget von z.B. 10.000,- EUR zur Verfügung. Es ist nun Aufgabe der/des Studierenden, mit diesem Geld ein Erkundungsprogramm für das vom Bauherrn beschriebene Projekt zu planen (Lage der Untersuchungspunkte, Tiefe der Erkundungsmaßnahme, Art der Erkundungsmaßnahme).

Das beantragte Projekt soll sich in die folgenden beiden aufeinander aufbauenden, aber in sich eigenständigen, Phasen gliedern:

Phase 1
Die "Durchführung" der Baugrunduntersuchung übernimmt das von uns geplante Computerprogramm. Es bezieht aus einer Datenbank Informationen über reale Bodenprofile (Lage der Schichten, Art der vorkommenden Böden, besondere Schwierigkeiten, wie etwa Schlufflinsen) und liefert der Anwenderin/dem Anwender Ergebnisse für die gewünschten Erkundungsmaßnahmen (z.B. Kernbohrungen, Drucksondierungen, Rammsondierungen). Die Erkundungsmaßnahmen unterscheiden sich dabei im Preis pro Meter Erkundung und in der Qualität der erzielbaren Informationen.

Der/die Studierende muss dann aus den gewonnenen Informationen ein sinnvolles Baugrundmodell (i.W. den Schichtenaufbau), der für weitere Berechnungen und Nachweise benötigt wird, ableiten.

Phase 2
Das Programm soll modular aufgebaut werden, um es in einer zweiten Phase um die Bestimmung von bodenmechanischen Parametern für die angetroffenen Schichten zu ergänzen. Dazu muss der/die Studierende bestimmen, mit welchen der angetroffenen Bodenproben Laborversuche durchgeführt werden sollen. Außerdem sind die Art (Triaxialversuche (drainiert, undrainiert), Ödometerversuche, Rahmenscherversuche, usw.) und die Randbedingungen der Versuche (Spannungsniveau, Be- und Entlastung, usw.) sinnvoll zu wählen. Für die Simulation der Versuche müssen Routinen geschrieben werden, und, in Rücksprache mit dem Projektleiter, geeignete Materialmodelle implementiert werden.

Schließlich sollen die Studierenden ein geotechnisches Gutachten verfassen, in dem sie sowohl den Schichtenaufbau des Baugrunds darlegen, als auch die für gängige Berechnungen erforderlichen Bodenparameter sinnvoll abschätzen. Ein Vergleich zwischen diesem geotechnischen Gutachten und den aus der Datenbank verwendeten Parameter soll abschließend erfolgen. In der Diskussion mit dem/der Betreuer(in) des Projekts können so Diskrepanzen noch einmal erläutert und diskutiert werden. Im angestrebten Projekt sollen die Studierenden für die möglicherweise auftretenden Schwierigkeiten (unscharfe weil punktuelle Informationen, Budgetknappheit, schwer interpretierbare Laborversuchsergebnisse) sensibilisiert werden. Es soll aber ebenso vermittelt werden, dass einer gründlichen Baugrunderkundung eine große Bedeutung beikommt.

Umsetzung
Im einzelnen soll die erste Phase des Projekts in folgenden Schritten abgewickelt werden:
1. Auswahl und Aufbereitung vorhandener Baugrundszenarien und Digitalisierung der erforderlichen Modelldaten (Horizontkoordinaten bzw. Flächenverläufe, sinnvolle bodenmechanische/geologische Parameter zur Charakterisierung der einzelnen Schichten, ggf. Fotos von echten Bohrkernen, usw.)
2. Implementierung der ausgewählten Szenarien in ein Computermodell oder eine Datenbank
3. Programmierung einer Erkundungssimulation für eine gegebene Bauaufgabe mit Kontrolle des virtuellen Budgets.

Die genaue Umsetzung der zweiten Phase soll nach erfolgreichem Abschluss der ersten geplant werden.

Es ist geplant, die zu erstellende Plattform auf Web-Basis zur Verfügung zu stellen. Daher sollte die Implementierung in einer "internetfähigen" Programmiersprache erfolgen, z.B. HTML oder JAVA. Alternativ könnte es möglich sein, die Plattform als GUI in Matlab zu programmieren, und dann in eine der oben genannten Sprachen zu portieren. In beiden Fällen ist die Kooperation mit Mathematiker(innen) und/oder Informatiker(innen) möglich.

Die geplante "Virtuelle Interaktive Baugrunduntersuchung" ermöglicht es, elementare Kenntnisse der Geotechnik anschaulich zu machen, die ansonsten nur theoretisch vermittelt werden können. Durch die Simulation einer (in der Praxis teuren und zeitaufwändigen) Baugrunderkundung mit begrenztem Budget werden die Studierenden unmittelbar mit möglichen Problemen konfrontiert: unscharfe (weil punktuelle) Informationen, Budgetknappheit, schwer interpretierbare Laborversuchsergebnisse.
Der dadurch erzielte Lerneffekt kann in der derzeitigen Form der Lehrveranstaltungen nicht erzielt werden.

Ein weiterer Vorteil ist, dass die beschriebene Plattform in verschiedenen Lehrveranstaltungen des Arbeitsbereichs eingesetzt werden kann, um dort zur Unterstützung des Lehr- und Übungsbetriebs in den Lehrveranstaltungen Bodenmechanik und Grundbau (Vorlesung und Übung), AK Bodenmechanik (Seminar) und AK Grundbau (Vorlesung) zu dienen. Damit werden insgesamt ca. 150 Studierende pro Semester erreicht.

Zusätzlich ist es angestrebt, das Modul in Zukunft (nach Fertigstellung der Phase 2) auch für Bachelorarbeiten anzuwenden.